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基于网络环境下小学科学实验中高年级高阶思维可视化的实践研究
基于网络环境下小学科学实验中高年级高阶思维可视化的实践研究
林玉环
【摘要】随着教育信息化的发展和基础教育新课程改革的不断深入，网络技术为学科课程提供了有效可行的教学平台，网络课程资源的开发和利用正深入到科学教学领域中。本文立足课题"小学科学实验中高年级高阶思维可视化的研究",结合多媒体教学实践对网络环境下小学科学实验中高年级高阶思维可视化在具体教学实践中的具体做法进行了详细的阐述。
【关键词】科学实验；高年级高阶思维；可视化；教学研究
中图分类号：G622.4 文献标识码：A 文章编号：1671-0568 （2016） S1-0017-04
作者简介：林玉环，广东省广州市芦荻西小学教师。
一、引言
通过对"小学科学实验中高年级学生高阶思维可视化的研究",在小学高年级科学实验中通过个人探究、小组合作等载体让学生运用擅长的简笔画、示意图、文字、数字符号、动作等多种手段、界面直观、深入浅出地表现自己高阶思维的过程。希望能够在小学高年级科学实验教育教学中，既做理论探讨，又做实践研究，还有对实践操作的引导，从而为小学高年级科学实验课程教育教学理论和开发实施体系做出一定的贡献。
二、核心概念界定
1. 高阶思维的内涵
布鲁姆教育目标分类理论把人的认知思维过程从低级到高级分为六个层次（记忆、理解、应用、分析、评价和创造）。所谓高阶思维，其实也就是高级思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。它在教学目标分类中表现为分析、综合、评价和创造。高阶思维超越了简单的记忆和信息检索，是一种以高层次认知水平为主的综合性能力，关注学生系列能力的发展，如批判性地评价信息、自主学习（自我调节学习）、问题解决能力、创造性思维能力、批判性思维能力、信息素养及协作能力。高阶思维能力的结果则表现为问题解决、决策、批判性思维和创造性思维等。
2. 小学科学高阶思维可视化的内涵
就小学科学而言，高阶思维可视化就是通过一定的载体（媒介物体） 如个人探究、科学探究小组活动等，让学生运用擅长的简笔画、示意图、文字、数字符号、动作、视频、声频等多种手段，界面直观、深入浅出地呈现自己决策（思考）、问题解决、批判性思维和创造性思维等的过程。而小学科学实验中高年级学生高阶思维可视化是指：在小学科学实验中通过独自探究、科学探究小组活动等载体让学生善于运用简笔画、示意图、文字、数字符号、动作、视频、声频等多种手段、界面直观、深入浅出地表现自己问题解决、决策、批判性思维和创造性思维等的过程，让学生之间、师生之间更好地交流、发展的过程。
三、实践探索
《义务教育科学（3~6年级） 课程标准》明确指出：科学课程改革是培养小学生科学素养为宗旨，积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动。科学探究涉及提出问题、猜想结果、制定计划、观察、实验、制作、收集证据、进行解释、表达和交流等活动。根据科学的课程目标，教师应在以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程中，通过教学活动，培养小学生（尤其是高年级的小学生） 的思维由具体形象思维过渡到抽象逻辑思维，让他们初步形成以抽象、分析、综合、评价、创造、比较、分类、判断、推理等为特征的高阶思维能力。那么，在具体实验教学实践中，怎样才能让高年级学生的高阶思维可视化呢？
课题研究离不开科学实验课堂教学。在小学高年级科学实验教学实践中，课题组尝试构建以独自探究或小组合作探究让高年级学生高阶思维可视化的教学策略："预设猜想中形象化——自行设计中个性化——交流讨论中完善化——探究记录中具体化——汇报整理中轨迹化——动手制作中实物化".下面以《抵抗弯曲》为例加以详细阐述。
1. 预设猜想中形象化
首先，出示一张纸，以高年级学生的已知和须知为基础，进行任务驱动："猜想一下，在上面能放多少个1元硬币而不弯曲？"并请学生示范实验，就实验结果再次进行任务驱动："怎样做可以增强它的抗弯曲能力？"引导鼓励学生从实验目标中选择最感兴趣的探究主题（问题）。在明确自己的探究主题（问题） 基础上，引导学生利用已有的知识或主观认识经验和逻辑推理，对自己要探究的主题（问题） 进行推测、判断，以形象化的手段展现出来，以到达高阶思维可视化的目的。
2. 自行设计中个性化
接着，让学生以小组为单位猜想、讨论，利用平板电脑设计活动方案。以科学探究小组为主要形式进行探究，是学生确定建构知识的最有效途径，引导他们进行分析与创新，让他们通过自行设计途径来自己解决问题；让学生利用平板电脑自行设计活动方案，目的在于让他们能更好地探究自己想要解决的主题（问题）。让他们运用自己喜爱的方式（简笔画、示意图、文字、数字符号、视频、声频等） 将他们的高阶思维可视化。
3. 交流讨论中完善化
在学生自行设计实验方案后，为了判断他们的思维过程是否有误、是否合理、是否科学，笔者以交流讨论的形式，让学生将自己小组的活动方案说出来，引导学生针对不同的探究问题和活动方案进行追问，和学生展开充分的对话，深度了解学生思维的过程中的问题。进一步落实"明确怎样做？实验变量是什么？不变量又是什么？如：①怎样比较它的抗弯曲能力？②硬币应该放什么位置？怎样放？③怎样计算硬币个数（以怎样的弯曲程度为准）？
让学生带着自己的观点参与探究学习，对自身的观点或看法进行批判性的分析，并根据冲突的观点（或看法）和思考，修正有关科学概念。这样，以出声思维把各个探究小组的深层想法外显出来，使得学生间、小组间、师生间不断进行思维碰撞，也使活动方案的设计更加科学、合理、完善，将他们拟解决问题的高阶思维可视化。
4. 探究记录中具体化
观察和记录是科学实验探究的中心环节。观察什么，怎样观察？目的要明确，记录要准确且尽可能详尽，要准确把实验过程中出现的现象细致地记录下来。所以，在实验过程中要以学生为中心，要求每个成员积极参与小组协作探究学习，引导他们科学处理各种信息和实验数据，运用多种手段完成探究记录，将他们问题解决、决策、批判性思维和创造性思维以简笔画、示意图、文字、数字符号、动作、视频、声频的形式可视化。
例如在《抵抗弯曲》时，笔者让学生边动手，边利用平板电脑把具体的做法拍录下来，边观察，边运用自己喜欢的方式如：简笔画、示意图、文字、数字符号、动作、视频、声频等多种手段进行探究数据记录。
①简笔画、示意图
第一小组的关于改变A4纸形状的示意图如图1.
在这图文并茂的实验记录中，学生的分析、综合、判断等高阶思维能力凸显出来了。
5. 汇报整理中轨迹化
科学探究活动后的汇报整理中，教师常常引导学生采用录制下来的具体做法进行展示，或实验展示，或用简单图文与语言相结合的方式进行交流汇报：通过小组实验和得出的数据，你们有什么新发现？这些作品（视频、图示、表格、数据、实物、声频） 展示了学生的高阶思维轨迹。在这过程中，以图示、表格、数据、实物、声频等形式让他们的高阶思维更好地可视化了。
6. 动手制作中实物化
延伸到课外开展小发明、小制作活动，让学生高阶思维进一步可视化。学习了本课后，可以让学生提出进一步的思维目标——发散性思维目标"你能利用3张A4纸或一张报纸为主要材料制作一座跨度为15CM,高为5CM,能承受至少一支重550ML矿泉水而不塌的桥吗？"引导学生利用学到的知识设计制作，将自己的想法用模型的形式（实物） 表现出来，鼓励他们多想、敢想、会想，先将头脑中闪现的灵感用画、写的形式及时记录，再多次修改方案、然后再将自己的想法用模型的形式（实物） 表现出来，也就进一步让他们的高阶思维可视化了。
四、成效与反思
1. 技术运用有利于学生科学探究学习，有利于学生高阶思维的发展
在学习过程中，借助了技术支持科学课堂教学，并对实验班五年级（4） 班学生就技术运用帮助其科学探究学习的情况进行了问卷调查。其中就"地球表面及其变化"单元学习的调查结果如图5、6:
从图5、6的柱状图可以看出，学生普遍认为不同形式（如视频、iPad等） 的技术运用在科学课堂上对他们在"地球表面及其变化"的科学探究活动非常有帮助。
从图7统计出来的数据， 92.9%的学生认为"在科学课堂上，我喜欢自己上网搜集资料，用信息技术手段（如电脑、iPad） 并进行阅读。"57.1%的学生认为"在科学课堂上，我喜欢运用概念图等技术梳理所学的知识。"67.9%的学生认为"信息技术的动态化将原来平面的知识动起来，形象、直观，我很喜欢。"82.1%的学生认为"概念图的使用，思维导图的使用，梳理了单元知识，让所有的知识点更加清晰，更加系统化。"从这些调查数据，也可以看到孩子们觉得运用技术跟科学探究学习联系密切，有利于他们各种思维能力的培养和发展。
2. 初步构建小学科学实验中高年级学生高阶思维可视化实践基本框架
研究初步回答了构建高阶思维可视化的一些基本理论问题。通过实践研究，初步总结归纳出具有较强的可操作性的小学科学实验中高年级学生高阶思维可视化实践模式： 以独自探究或小组合作探究" 预设猜想中形象化——自行设计中个性化——交流讨论中完善化——探究记录中具体化——汇报整理中轨迹化——动手制作中实物化"让高年级学生高阶思维可视化的教学策略。多元化评价学生的小学科学实验，深入课程改革，促进高年级小学生科学素养的发展。
3. 促进高年级小学生动手操作技能和探究能力的发展
操作技能主要包括精细性、巧妙性、实用性，重点是动手操作的设计能力。在学习《抵抗弯曲》中，实验班与对照班在探究记录时，对数据处理表现形式的比较（两个班都有8个探究小组，见表4）：
从表4可以看出对照班对实验数据的处理和表现手法较为单一，而实验班则能运用多种表现形式处理探究数据如：简笔画、示意图、文字、数字符号、动作、视频、声频等都用上了，富于创意、形象，使他们分析、综合、判断、推测等高阶思维，轨迹清晰，外显可见。两个班在后续的科学探究学习中，也表现出不同的效果，如表5 所示，实验班的创造性思维的外显也在"完成承重能力强的纸桥制作"和"利用思维导图学习"等学习探究环节中比对照班突出，明显优于对照班。
小学生的科学实验本身也是一种创造性活动，绝不是被动地接受过程。小学生创造性思维能力的提高，创造性人格的优化与培养，必然会促进小学生的科学素养和综合素质的提高。
可见，小学科学实验教学中，高年级学生的高阶思维能力在探究过程"预设猜想、自行设计、交流讨论、探究记录、汇报整理、活动延伸（动手制作） "会留下清晰的痕迹。怎样使小学科学实验中高年级高阶思维更好可视化？尤其是技术支持下小学科学实验中高年级高阶思维怎样更好地可视化，还有待课题组加强科研理论学习和教学实践，继续探索。
参考文献：
[1] 刘濯源。赢在学习力[M].沈阳：万卷出版社，2008:71-171.
[2] 何克抗。建构主义——革新传统教学的理论基础[J].学科教育，1998,（3）。
[3] 钟志贤。促进学习者高阶思维发展的教学设计假设[J].电化教育研究，2004,（12）。
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